JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

هنا، نقدم بروتوكولاً للحصول على بيانات التصوير الطيفي الفائق المضيئة وتحليل السمات الأنستروجية البصرية للبلورات المفردة القائمة على اللانثانيد باستخدام نظام التصوير الطيفي الفائق.

Abstract

في هذا العمل، نصف بروتوكول لتطبيق جديد للتصوير الطيفي (HSI) في تحليل lanthanide الإنارة (Ln3 +) القائمة على بلورات واحدة الجزيئية. كمثال تمثيلي، اخترنا بلورة واحدة من مجمع الهتريوديالنووي Ln القائم [tbEu (bpm) (tfaa)6] (bpm = 2،2'-bipyrimidine، tfaa- = 1،1،1-trifluoroacetylacetonatenatenatenate) التي تظهر انبعاثات مرئية مشرقة تحت الإثارة فوق البنفسجية. HSI هو تقنية ناشئة تجمع بين التصوير المكاني ثنائي الأبعاد لبنية الإنارة مع المعلومات الطيفية من كل بكسل من الصورة التي تم الحصول عليها. وعلى وجه التحديد، قدمت الـ HSI على بلورات مفردة من مجمع [السل الأوروبي] معلومات طيفية محلية تكشف عن تباين لكثافة التألومين في نقاط مختلفة على طول البلورات المدروسة. وتعزى هذه التغييرات إلى الأنيزوتروبيا البصرية الموجودة في الكريستال، والتي تنتج عن التعبئة الجزيئية المختلفة من الأيونات Ln3+ في كل واحد من اتجاهات الهيكل البلوري. وHSI المذكورة هنا هو مثال على مدى ملاءمة هذه التقنية للتحقيقات الطيفية المكانية للمواد الجزيئية. ومع ذلك ، الأهم من ذلك ، يمكن تمديد هذا البروتوكول بسهولة لأنواع أخرى من المواد الإنارة (مثل البلورات الجزيئية بحجم ميكرون ، الجسيمات الدقيقة غير العضوية ، الجسيمات النانوية في الأنسجة البيولوجية ، أو الخلايا الموسومة ، من بين أمور أخرى) ، مما يفتح العديد من الاحتمالات لإجراء تحقيق أعمق في العلاقات بين البنية والممتلكات. وفي نهاية المطاف، ستوفر هذه التحقيقات المعرفة التي ينبغي الاستفادة منها في هندسة المواد المتقدمة لمجموعة واسعة من التطبيقات من التصوير البيولوجي إلى التطبيقات التكنولوجية، مثل أدلة الموجات أو الأجهزة الإلكترونية البصرية.

Introduction

التصوير الطيفي الفائق (HSI) هو تقنية تولد خريطة مكانية حيث يحتوي كل إحداثي x-y على معلومات طيفية يمكن أن تستند إلى أي نوع من1التحليل الطيفي، وهي الإضاءة الضوئية والامتصاص والنسخ الطيفية 1،2،3. ونتيجة لذلك، يتم الحصول على مجموعة ثلاثية الأبعاد من البيانات (تسمى أيضاً "المكعب الطيفي") ، حيث تكون إحداثيات x-y هي المحاور المكانية وإحداث z هو المعلومات الطيفية من العينة التي تم تحليلها. ولذلك، فإن المكعب الطيفي يحتوي على معلومات مكانية وطيفية على حد سواء، مما يوفر فحصاً مطيافياً أكثر تفصيلاً للعينة من التحليل الطيفي التقليدي. في حين أن HSI معروف منذ سنوات في مجال الاستشعار عن بعد (على سبيل المثال، الجيولوجيا ، الصناعات الغذائية4)، فقد ظهرت مؤخرًا كتقنية مبتكرة لتوصيف المواد النانوية2أو5 أو المسابير للتطبيقات الطبية الحيوية3،6،7،8. وبصفة عامة، فإنه لا يقتصر على مجال الأشعة فوق البنفسجية/المرئي/القريب من الأشعة تحت الحمراء (NIR) ، ولكن يمكن تمديده أيضًا باستخدام مصادر إشعاعية أخرى ، مثل الأشعة السينية - على سبيل المثال من أجل توصيف التوزيع الأولي في مواد مختلفة9 - أو إشعاع تيراهيرتز ، حيث تم استخدام HSI لإجراء الاستشعار الحراري في الأنسجة البيولوجية8. وعلاوة على ذلك، تم الجمع بين رسم خرائط photoluminescence مع رسم خرائط رامان للتحقيق في الخصائص البصرية لوزارة الزراعة أحادية الطبقات210. ومع ذلك ، من بين التطبيقات المبلغ عنها من HSI البصرية ، لا يزال هناك سوى أمثلة قليلة على HSI من المواد القائمة على اللانثانيد11،12،13،14،15،16،17.13 على سبيل المثال ، يمكننا أن نذكر: الكشف عن السرطان في الأنسجة6، وتحليل عمق اختراق الضوء في الأنسجة البيولوجية7، والتصوير البيولوجي متعدد الأكسات3، وتحليل نقل الطاقة متعددة المكونات في الأنظمة الهجينة11، والتحقيق في التغيرات الناجمة عن التجميع في الخصائص الطيفية للجسيمات النانوية المحولة12. ومن الواضح أن جاذبية الهيئة تنشأ من ملاءمتها لتوليد المعرفة بشأن الإضاءة الخاصة بالبيئة، وتوفير معلومات مكانية وطيفية متزامنة عن المسبار.

الاستفادة من هذه التقنية القوية ونحن هنا وصف بروتوكول للتحقيق في anisotropy البصرية من السل النووي heterodi3+- Eu3 + الكريستال واحد [TbEu (bpm) (tfaa)6](الشكل 1a)13. لوحظ أنيستروبي البصرية الناتجة عن التعبئة الجزيئية المختلفة من الأيونات Ln3 + في الاتجاهات البلورية المختلفة(الشكل 1b)،مما أدى إلى بعض الوجوه البلورية تظهر أكثر إشراقا، والبعض الآخر يظهر photoluminescence باهتة. وأشير إلى أن زيادة كثافة التألواء في وجوه محددة من الكريستال كانت مرتبطة بنقل الطاقة أكثر كفاءة على طول تلك الاتجاهات البلورية حيث Ln3 +··· كانت مسافات3+ أيون أقصر13.

بدافع من هذه النتائج، نقترح إنشاء منهجية مفصلة لتحليل الأنيزوتروبيا البصرية من خلال HSI، وفتح الطريق لفهم أفضل لعمليات نقل الطاقة أيون أيون والخصائص الإنارة tunable النابعة من ترتيب جزيئي محدد18،19. وقد تم الاعتراف بهذه العلاقات بين الهيكل والخصائص كجوانب مهمة لتصميم المواد البصرية المبتكرة بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، أنظمة الموجات وأجهزة التخزين المغناطيسية البصرية على النانو والميكروscale - معالجة الطلب على أنظمة بصرية أكثر كفاءة وتصغيرًا20.

Protocol

تنبيه: من المستحسن استخدام نظارات السلامة المحددة لطول موجة الإثارة المستخدمة في جميع الأوقات عند تشغيل الصور.

1. تكوين المجهر الطيفي

ملاحظة: يتم إعطاء نظرة عامة على نظام التصوير الطيفي الفائق في الشكل 2أ، مع وصف المكونات الرئيسية للصور. يمكن استخدام نظام التصوير للكشف عن انبعاث الأشعة تحت الحمراء المرئي أو القريب (NIR) من العينة. اعتمادا على الكشف المطلوب (مرئية أو NIR)، والضوء يمر عبر مسارين ضوء مختلفة(الشكل 2e). يجب وضع مزيج من مكعبات تحول شعاع مختلفة ومكعبات تصفية dichroic (مكعبات بصرية) في مواقف محددة في الصك لتحديد المسار المعني.

  1. الطاقة على الكمبيوتر المتصل بنظام التصوير. قم بتشغيل جهاز عرض الكمبيوتر.
  2. تعيين تكوين المكعب البصري المناسب(الشكل 2ب، ج).
    ملاحظة: هنا، يتم وصف تكوين الصور(تكوين المكعب البصري)لرسم خرائط HSI باستخدام الإثارة بالأشعة فوق البنفسجية والكشف المرئي عن الانبعاثات. ومع ذلك، من الممكن أيضًا تغييره لإثارة NIR والكشف المرئي أو الانبعاثات NIR، اعتمادًا على العينة التي تم تحليلها. راجع القسم نتائج تمثيلية للحصول على مثال.
    1. بدءا من مرحلة المجهر (1 في الشكل 2أ)وبعد مسار شعاع الانبعاثات نحو أجهزة الكشف (3 في الشكل 2أ)،وترك الموقف الأول لمكعب بصري (4 في الشكل 2ب)شاغرة ووضع مكعب المجهر البصري (DFM1-P01) في الموضع المشار إلى 5 في الشكل 2ب،بحيث يتم توجيه الانبعاثات من العينة من خلال مسار الضوء المرئي.
    2. بالنظر إلى المسار البصري نحو الكاشف ، ضع المكعب البصري المرئي (CM1-P01) ، والذي يحتوي على المرآة الدامقطعة والفلاتر لتوجيه الانبعاثات المرئية إلى مسارات الكشف ، في الموضع المشار إليه باسم 6 في الشكل 2ب.
    3. مواصلة المسار نحو كاشف، ضع المكعب البصري ثقب بؤرة (DFM1-P01) في الموضع المشار إليه باسم 7 في الشكل 2b لتوجيه الضوء من خلال مسار الكشف عن الضوء المرئي. ثم، بعد المسار، ضع المكعب البصري مطياف المطياف البؤري (DFM1-P01) في الموضع 8 في الشكل 2c بحيث يصل الضوء المنبعث إلى الكاشف.
    4. لرسم الخرائط HSI، والتحكم يدويا فتحة كاشف فتحة (9 في الشكل 2c)من أجل المباراة مع حجم الثقوب التي يتم استخدامها (حوالي 50 ملم هو الأمثل).
    5. في برنامج PHySpec ، اختر فتحة الثقب (5 في الشكل 3).
      ملاحظة: كلما كانت فتحة الثقب أصغر، كلما كان ذلك أفضل هو دقة HSI، على حساب كثافة الإشارة.
  3. قم بتشغيل مصباح النطاق العريض(الشكل 2D، inset) عن طريق وضع المفتاح (10 في الشكل 2D)في موضع ON. للتحكم في شدة ضوء الإثارة، قم بتشغيل المقبض المشار إليه من قبل 11(الشكل 2D)إلى أعلى (32 - أقل كثافة) أو قيم أقل (1 - أعلى كثافة). الحفاظ على مصراع مصباح النطاق العريض (12 في الشكل 2D)مغلقة أثناء الإعداد.
    ملاحظة: تتوافق القيم الأعلى مع التوهين الأعلى لكثافة الطاقة المنبعثة من المصباح، بينما تتوافق القيم المنخفضة مع التوهين المنخفض.
  4. قم بتشغيل الأجهزة التالية بالترتيب الوارد أدناه عن طريق تعيين مفاتيح التبديل الخاصة بها في موضع ON:
    1. قم بتشغيل وحدة تحكم حركة ThorLabs.
    2. بدوره على مصدر الطاقة نيكون.
    3. قم بتشغيل وحدة تحكم ASI.
    4. قم بتشغيل وحدة تحكم Galvo.
    5. قم بتشغيل كاشف ProEm.
    6. قم بتشغيل كاشف Bayspec.
  5. في الكمبيوتر، افتح برنامج PHySpec بالنقر المزدوج على رمزه.
    1. اضغط على مفتاح F8 على لوحة المفاتيح من أجل تهيئة نظام IMA Upconversion وانقر على زر موافق على نافذة الاتصال بالنظام.
      ملاحظة: الخطوة 1.5.1. يمكن أيضًا تنفيذذلك بالنقر على علامة التبويب النظام ثم النقر على الاتصال للوصول إلى نافذة الاتصال بالنظام. بعد ذلك، يمكن النقر على زر موافق لتوصيل نظام التصوير إلى البرنامج.
    2. تأكد من أن جميع القوائم تظهر على واجهة(كاميرا ملونة، ProEm و Bayspec)، وكذلك لوحة التحكم في الأجهزة ، على الجانب الأيسر من الشاشة ، كما هو موضح في الشكل 3.

2. التصوير الطيفي الفائق ل [tbEu (bpm) (tfaa)6] الكريستال واحد

  1. من أجل إعداد العينة، ضع الكريستال على شريحة زجاجية مجهرية. في حال كانت هناك حاجة إلى استخدام التكبير العالي ، قم بتغطية البلورة بزجاج غطاء رقيق وتأمينه بالشريط ، بحيث يمكن وضع العينة مع زجاج الغطاء الرقيق الذي يواجه العدسة الموضوعية.
  2. ضع الشريحة الزجاجية التي تم إعداد العينة عليها على خشبة المجهر وقم بتأمينها باستخدام الأسلحة المعدنية(الشكل 4أ، ب).
  3. نقل العينة باستخدام عصا التحكم(الشكل 4c)من وحدة تحكم ASI من أجل وضع العينة على الأهداف في الاستخدام.
  4. وضع يدويا مكعب مرشح الحق في عجلة تحت الأهداف (3 في الشكل 5)لتحديد الإثارة الأشعة فوق البنفسجية من المصباح والسماح لتمرير الانبعاثات المرئية نحو كاشف.
    ملاحظة: تتوفر مكعبات فلتر إضافية لاستخدام الإثارة الخفيفة الخضراء أو الزرقاء، وبالتالي، وجود مكعب مرشح الحق في مكان مهم لالطول الموجي الإثارة المناسبة.
  5. ضع هدف 20X يدويًا (المشار إليه بـ 5 في الشكل 5)تحت العينة واضغط على الزر الأبيض (6 في الشكل 5)على الجانب الأيسر من المجهر لتشغيل الضوء الأبيض.
    1. ضبط السطوع عن طريق تحويل مقبض الباب تحت زر طاقة الضوء الأبيض (7 في الشكل 5).
  6. في برنامج PHySpec، اضغط على زر التشغيل (الفيديو) على نافذة الكاميرا الملونة، مما سيؤدي إلى الحصول على فحص مباشر.
    1. إذا كانت نافذة الكاميرا الملونة تعرض صورة سوداء، فقم بزيادة وقت التعرض (2 في الشكل 3)و/أو قيمة الكسب (3 في الشكل 3)الموجودة في لوحة التحكم في الأجهزة، تحت علامة التبويب كاميرا اللون. إذا كانت الصورة التي تم عرضها ساطعة جدًا، فتقليل وقت التعرض و/أو اكتساب القيمة.
    2. تأكد من أن مقبض الباب الأمامي على الجانب الأيمن من المجهر (2 في الشكل 5)يتم تعيينه إلى R من أجل إرسال 20٪ من الإشارة إلى الكاميرا / المناظير و 80٪ من الإشارة إلى جهاز الكشف.
  7. التركيز على العينة عن طريق ضبط المسافة بين الهدف والمرحلة(الشكل 4ب). ويتم ذلك عن طريق تحويل المقابض الموضحة في الشكل 4D على الجانب الأيمن من المجهر.
    ملاحظة: يتم استخدام مقبض أكبر للتعديلات الخشنة، في حين أن مقبض أصغر هو لتغييرات التركيز أكثر حساسية وصغيرة.
  8. تأكد من تحديد الهدف الذي تم اختياره يدويًا أيضًا في البرنامج. أولاً، انقر على زر العرض في شريط القائمة العلوي ثم انقر فوق شريط مقياس عرض/إخفاء لعرض شريط المقياس على الصورة (1 في الشكل 3). ثم انتقل إلى علامة التبويب Galvanometer في لوحة التحكم التعليمات وحدد الهدف المستخدم (4 في الشكل 3). تأكد من صحة شريط المقياس المعروض عن طريق تحديد الهدف الصحيح في البرنامج.
  9. في البرنامج، حدد كاشف المناسبة عن طريق الذهاب إلى علامة التبويب Diverter (ProEM – 6 في الشكل 3)وصر عن طريق الذهاب إلى تصفية علامة التبويب (1200 غرام / مم في حالة ProEM – 7 في الشكل 3)تحت علامة التبويب SpectraPro SP-2300 .
  10. فتح مصراع مصباح واسع النطاق (12 في الشكل 2)للسماح للإثارة الأشعة فوق البنفسجية من العينة أن تحدث. بدوره مقبض كثافة (11 في الشكل 2D)إلى الموقف المطلوب (على سبيل المثال، 8 - كثافة وسيطة) للسيطرة على كثافة مصباح النطاق العريض (الأشعة فوق البنفسجية) الإثارة.
    1. للاختيار بين إضاءة المجال واسعة (فتحة مفتوحة) أو أصغر بقعة الإضاءة (فتحة أكثر مغلقة)، والسيطرة على حجم فتحة حقل مصباح الأشعة فوق البنفسجية باستخدام العصا والمقابض هو مبين في 4 في الشكل 5.
  11. تحت علامة التبويب SpectraPro SP-2300، حدد الطول الموجي لمراقبة انبعاث العينة.
  12. إذا كانت أطوال الموجات الانبعاثات للعينة غير معروفة، فاكتسب طيف انبعاثات.
    1. في المنظم، انقر على علامة + لإضافة تسلسل جديد ("عقدة") للحصول على طيف الانبعاثات.
      1. انقر على مطياف ثم اكتساب الطيف (مع المسح الطيفي).
      2. إدخال الحد الأدنى الطول الموجي (أي 400 نانومتر) والطول الموجي الأقصى (أي 700 نانومتر) وانقر فوق موافق لتحديد النطاق الطيفي الذي سيتم تسجيل الطيف فيه.
      3. اختر وقت التعرض الكافي في القائمة الجانبية اليسرى للبرنامج. اختر أوقاتًا أقصر (على سبيل المثال، 0.1 ث) للعينات الساطعة جدًا والأوقات الأطول (على سبيل المثال، 2 s) للانبعاثات الخافتة.
      4. ضبط قوة الإثارة في حالة إثارة مصباح النطاق العريض (UV) (انظر الخطوة 1.3 أعلاه).
        ملاحظة: في حالة الإثارة الثنائية NIR، يمكن تعديلها من القائمة المنسدلة الكثافة المحايدة في الجانب الأيسر من برنامج PHySpec.
    2. على المنظم، انقر على زر التشغيل المزدوج لتشغيل التسلسل بأكمله. وبمجرد عرض الطيف، لاحظ المناطق ذات الاهتمام بالكشف عن انبعاثات العينة(على سبيل المثال 580 إلى 640 نانومتر في حالة السل3+- والعينات المستندة إلى3+من الاتحاد الأوروبي).
    3. حسب الحاجة، قم بتحسين اكتشاف الإشارة إما عن طريق تغيير تركيز العينة أو عن طريق ضبط وقت التعرض في برنامج PHySpec. تحقيق المزيد من التحسين للكشف عن الإشارة من خلال زيادة كثافة انبعاثات العينة عن طريق تغيير قوة مصدر الإثارة (مصباح النطاق العريض)، على النحو المبين أعلاه.
  13. ضبط وقت التعرض (على سبيل المثال، 0.5 s - 2 في الشكل 3) وكسب (3 في الشكل 3)من كاميرا اللون وفقا لذلك، للحصول على صورة ذات نوعية جيدة. إذا لزم الأمر، قم بإضافة شريط المقياس إلى الصورة بالنقر على زر إظهار/إخفاء شريط المقياس في الصف الثاني من القائمة في أعلى نافذة برنامج PHySpec.
  14. توصية: قبل الحصول على المكعب hyperspectral، تسجيل صورة المجهر البصري حقل مشرق من الكريستال تحت الضوء الأبيض(الشكل 6a)و / أو الأشعة فوق البنفسجية كاملة(الشكل 6ب)أو محصورة(الشكل 6c)الإضاءة (الإضاءة فوق البنفسجية التي تسيطر عليها فتحة مصراع الكاميرا، كما هو مبين كما 4 في الشكل 5). للقيام بذلك، مع العينة في التركيز، انقر على زر التشغيل من الكاميرا الملونة.
  15. انقر على ملف ثم تصدير عرض نافذة،واختيار الشكل المطلوب لتصدير الصورة التي تم الحصول عليها، وحفظ الملف مع التمديد المطلوب (.h5، . JPEG).
  16. قبل الحصول على الصورة الفائقة الطيفية، قم بإيقاف إضاءة الضوء الأبيض بالإضافة إلى ضوء الغرفة.
  17. للحصول على المكعب الطيفي الفائق، اكتب تسلسلًا جديدًا. لذلك، في المنظم، انقر على علامة + لإضافة عقدة جديدة.
    1. انقر على الصور Confocal.
      1. انقر على اكتساب متعدد الطيف. هنا، يتم تعريف مجال الرؤية المطلوب من خلال عدد النقاط التي يجب الحصول عليها في الاتجاهات x و y وحجم الخطوة. على سبيل المثال، استخدم 100 نقطة في x و 100 نقطة في y بحجم خطوة 5 ميكرون للحصول على صورة 500 في 500 ميكرومتر.
        ملاحظة: سيؤثر العدد الإجمالي لنقاط الاستحواذ ووقت التكامل في كل نقطة بشكل مباشر على إجمالي وقت احتياز المكعب فائق الطيف.
        1. إدخال الموضع X المطلوب (على سبيل المثال، 100) و موضع Y (على سبيل المثال، 100) يحسب بالإضافة إلى حجم الخطوة المطلوب (على سبيل المثال، 5 ميكرومتر). حدد خيار الأجهزة لمزامنة الكاميرا، لتعيين الانبعاثات المرئية (وخيار البرنامج في حالة اكتشاف NIR). انقر فوق موافق.
  18. في المنظم، انقر على خط اكتساب متعدد الطيف المضافة حديثًا لتسليط الضوء على العقدة.
  19. انقر فوق زر التشغيل لتشغيل العقدة المحددة.
    ملاحظة: سيظهر الوقت المتبقي الذي سيستغرقه الاستحواذ بجوار العقدة (بالدقائق، على سبيل المثال، 28 دقيقة).
  20. بمجرد اكتمال عملية الاستحواذ، احفظ المكعب الطيفي في تنسيق الملف المناسب (.h5).

3- تحليل البيانات الطيفية الفائقة

  1. مباشرة بعد الاستحواذ، إذا لم يتم فتح المكعب فائق الطيف المحفوظة تلقائيًا في البرنامج، فاستعد المكعب فائق الطيف، الذي تم حفظه كملف .h5، من خلال النقر على الملف في شريط القائمة العلوي ثم تمرير المؤشر والنقر على فتح الملف.... عندما تكون النافذة بعنوان تحديد البيانات (البيانات) لفتح الملوثات العضوية الثابتة، اختر المجلد الذي يتم فيه حفظ ملف .h5 وانقر نقرًا مزدوجًا على الملف لفتحه.
  2. بمجرد استيراد ملف المكعب الطيفي الفائق، قم بتعديل صورة المكعب الطيفي المعروضلإظهار شدة الطول الموجي الطيفي المحدد عن طريق تحريك الشريط في أعلى صورة المكعب إلى اليسار (الطول الموجي السفلي، على سبيل المثال، 580 نانومتر) أو اليمين (الطول الموجي العالي، على سبيل المثال، 638 نانومتر).
    ملاحظة: يتم عرض الطول الموجي المحدد في الجانب الأيسر من هذا الشريط العلوي (1 في الشكل 7).
  3. بعد اختيار الطول الموجي للاهتمام للتحليل(على سبيل المثال، الحد الأقصى للكثافة ، الذي في حالة [tbEu (bpm) (tfaa)6] هو 613.26 نانومتر) ، وجعل واحد (أو كل) من الأنواع الثلاثة الممكنة من التحليل الطيفي: (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7) ؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7) ؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (ج) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (ج) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (أ) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛ (ج) التوزيع الطيفي في شكل صورة (2 في الشكل 7)؛(ج (ب) صورة لكثافة الانبعاثات في منطقة ذات أهمية (3 في الشكل 7)؛ (ج) استخراج طيف في نقطة أو منطقة محددة ذات أهمية (4 في الشكل 7).
    1. في حالة التوزيع الطيفي من الصورة، استخدم وظيفة Crop و Bin لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء في الصورة. من أجل القيام بذلك، انقر في معالجة القائمة العليا ثم اختر البيانات ومن ثم الخيار المحاصيل وبن.
    2. للحصول على ملف تعريف كثافة الانبعاثات ، على صورة المكعب ، انقر فوق الحق وحدد إنشاء الهدف أو إنشاء ملف تعريف X أو إنشاء ملف تعريف Y اعتمادًا على أنه يجب تحليل نقطة واحدة فقط (الهدف - 5 و 6 في الشكل 7)أو خط (الملف الشخصي - 7 و 8 في الشكل 7). حدد منطقة التحليل عن طريق سحب الهدف أو أفقي أو ملف تعريف الخط الرأسي مع المؤشر وتحريكه عبر المكعب.
      1. بمجرد تحديد الملف الشخصي بشكل صحيح، انقر على المنطقة وحدد إضافة هدف إلى الرسم البياني. اختار خيار إنشاء رسم بياني جديد لعرض كثافة الانبعاثات (محورص) كدالة للموقف الفعلي للهدف (محورx). سيظهر الطيف على الرسم البياني الجديد الذي تم إدراجه (6 و 7 في الشكل 7).
        ملاحظة: يمكن إنشاء أهداف متعددة، وستظهر هذه الملفات الشخصية للانبعاثات الملونة المختلفة (5 و6 في الشكل 7).
    3. وبدلاً من ذلك، احصل على طيف انبعاثات من منطقة معينة من العينة (9 في الشكل 7). بادئ ذي بدء ، تحوم المؤشر فوق صورة المكعب وانقر على حق. انقر على خيارات تحديد المستطيل أو تحديد القطع الناقص في علامة التبويب التي تنبثق.
      1. رسم شكل التحديد (على سبيل المثال، مستطيل) على المنطقة المطلوبة عن طريق النقر فوق المؤشر وسحبه عبر المكعب. بمجرد اختيار المنطقة بشكل صحيح، انقر على المنطقة وحدد إضافة التحديد إلى الرسم البياني.
      2. في النافذة التي تظهر إضافة إلى الرسم البياني، حدد إنشاء رسم بياني جديد لعرض أطياف الانبعاثات من الهدف وانقر فوق موافق.
        ملاحظة: سيظهر خط ملون جديد (8 في الشكل 7)على الرسم البياني الذي تظهر فيه الانبعاثات المستهدفة، مع كثافة الانبعاثات كمحور ص والطول الموجي عند محور س. ويتوافق هذا الطيف مع متوسط كثافة المنطقة المختارة لكل طول موجي.
  4. بمجرد الحصول على الطيف، احفظه قبل اختيار منطقة جديدة لأنه يمكن اختيار منطقة واحدة فقط في كل مرة. للقيام بذلك، حدد الإطار الذي يحتوي على الرسم البياني. في قائمة الملفات، حدد حفظ كـ واختيار حفظ الرسم البياني في المجلد المفضل، باستخدام اسم الاختيار، إما بتنسيق .h5، والذي يمكن فتحه في برنامج PHySpec، أو بتنسيق .csv، والذي يمكن استيراده في Excel.

النتائج

لتوضيح تكوين المجهر الطيفي الفائق للحصول على البيانات على كريستال واحد واحد على أساس Ln (أي TbEu (bpm) (tfaa)6], الشكل 1أ), الشكل 2 يظهر نظرة عامة على النظام وكذلك الموضع الصحيح للمكعبات البصرية في الإعداد. يوضح الشكل 3 لقطة شاشة لبرنامج PHySpec يحتو?...

Discussion

ويوفر بروتوكول التصوير الطيفي الفائق هنا الذي تم وصفه نهجاً مباشراً يسمح بالحصول على معلومات الطيفية في مواقع دقيقة من العينة. وباستخدام الإعداد الموصوف، يمكن أن يصل الاستبانة المكانية(x وy mapping) إلى 0.5 ميكرومتر بينما يمكن أن يكون الاستبانة الطيفية 0.2 نانومتر لرسم الخرائط في النط?...

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه. وليس لدى أصحاب البلاغ مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgements

يشكر المؤلفون السيد ديلان إررولات والبروفيسور مورالي موروغيسو من قسم الكيمياء والعلوم الجزيئية الحيوية في جامعة أوتاوا على توفير [TBEu (bpm) (tfaa)6] بلورات واحدة. E.M.R، N.R. و E.H. نقدر بامتنان الدعم المالي المقدم من جامعة أوتاوا، والمؤسسة الكندية للابتكار (CFI)، ومجلس العلوم الطبيعية والبحوث الهندسية كندا (NSERC).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Microscope glass slidesFisherBrand12-550-15Glass slides used for sample preparation
Visible and Near Infrared Hyperspectral Confocal ImagerPhotonETCMicroscope used for the analysis, builted according to the user needs, therefore it is no catalog number

References

  1. ElMasry, G., Sun, D. W. Principles of Hyperspectral Imaging Technology. Hyperspectral Imaging for Food Quality Analysis and Control. , 3-43 (2010).
  2. Dong, X., Jakobi, M., Wang, S., Köhler, M. H., Zhang, X., Koch, A. W. A review of hyperspectral imaging for nanoscale materials research. Applied Spectroscopy Reviews. 54 (4), 285-305 (2019).
  3. Yakovliev, A., et al. Hyperspectral Multiplexed Biological Imaging of Nanoprobes Emitting in the Short-Wave Infrared Region. Nanoscale Research Letters. 14 (243), 1-11 (2019).
  4. Cheng, W., Sun, D. W., Pu, H., Wei, Q. Heterospectral two-dimensional correlation analysis with near-infrared hyperspectral imaging for monitoring oxidative damage of pork myofibrils during frozen storage. Food Chemistry. 248, 119-127 (2018).
  5. Liu, Y., Liu, L., He, Y., Zhu, L., Ma, H. Decoding of quantum dots encoded microbeads using a hyperspectral fluorescence imaging method. Analytical Chemistry. 87 (10), 5286-5293 (2015).
  6. Leavesley, S. J., et al. Colorectal cancer detection by hyperspectral imaging using fluorescence excitation scanning. Optical Biopsy XVI: Toward Real-Time Spectroscopic Imaging and Diagnosis. 10489, (2018).
  7. Zhang, H., Salo, D., Kim, D. M., Komarov, S., Tai, Y. -. C., Berezin, M. Y. Penetration depth of photons in biological tissues from hyperspectral imaging in shortwave infrared in transmission and reflection geometries. Journal of Biomedical Optics. 21 (12), 126006 (2016).
  8. Naccache, R., et al. Terahertz Thermometry: Combining Hyperspectral Imaging and Temperature Mapping at Terahertz Frequencies. Laser and Photonics Reviews. 11 (5), 1-9 (2017).
  9. Jacques, S. D. M., Egan, C. K., Wilson, M. D., Veale, M. C., Seller, P., Cernik, R. J. A laboratory system for element specific hyperspectral X-ray imaging. Analyst. 138 (3), 755-759 (2013).
  10. Birmingham, B., et al. Probing the Effect of Chemical Dopant Phase on Photoluminescence of Monolayer MoS2 Using in Situ Raman Microspectroscopy. Journal of Physical Chemistry C. 123 (25), 15738-15743 (2019).
  11. Marin, R., et al. Harnessing the Synergy between Upconverting Nanoparticles and Lanthanide Complexes in a Multiwavelength-Responsive Hybrid System. ACS Photonics. 6 (2), 436-445 (2019).
  12. Gonell, F., et al. Aggregation-induced heterogeneities in the emission of upconverting nanoparticles at the submicron scale unfolded by hyperspectral microscopy. Nanoscale Advances. 1, 2537-2545 (2019).
  13. Errulat, D., Gabidullin, B., Murugesu, M., Hemmer, E. Probing Optical Anisotropy and Polymorph-Dependent Photoluminescence in [Ln2] Complexes by Hyperspectral Imaging on Single Crystals. Chemistry - A European Journal. 24 (40), 10146-10155 (2018).
  14. Panov, N., Marin, R., Hemmer, E. Microwave-Assisted Solvothermal Synthesis of Upconverting and Downshifting Rare-Earth-Doped LiYF4 Microparticles. Inorganic Chemistry. 57 (23), 14920-14929 (2018).
  15. Debasu, M. L., Brites, C. D. S., Balabhadra, S., Oliveira, H., Rocha, J., Carlos, L. D. Nanoplatforms for Plasmon-Induced Heating and Thermometry. ChemNanoMat. 2 (6), 520-527 (2016).
  16. Nadort, A., et al. Quantitative Imaging of Single Upconversion Nanoparticles in Biological Tissue. PLoS ONE. 8 (5), 1-13 (2013).
  17. Sava Gallis, D. F., et al. Tunable Metal-Organic Framework Materials Platform for Bioimaging Applications. ACS Applied Materials and Interfaces. 9 (27), 22268-22277 (2017).
  18. Varghese, S., Das, S. Role of molecular packing in determining solid-state optical properties of π-conjugated materials. Journal of Physical Chemistry Letters. 2 (8), 863-873 (2011).
  19. Yan, D., Evans, D. G. Molecular crystalline materials with tunable luminescent properties: From polymorphs to multi-component solids. Materials Horizons. 1 (1), 46-57 (2014).
  20. Mu, S., Oniwa, K., Jin, T., Asao, N., Yamashita, M., Takaishi, S. A highly emissive distyrylthieno[3,2-b]thiophene based red luminescent organic single crystal: Aggregation induced emission, optical waveguide edge emission, and balanced ambipolar carrier transport. Organic Electronics: Physics, Materials, Applications. 34, 23-27 (2016).
  21. Binnemans, K. Interpretation of europium(III) spectra. Coordination Chemistry Reviews. 295, 1-45 (2015).
  22. Koyama, H., Fauchet, P. M. Anisotropic polarization memory in thermally oxidized porous silicon. Applied Physics Letters. 77 (15), 2316-2318 (2000).
  23. Kushida, T., Takushi, E., Oka, Y. Memories of photon energy, polarization and phase in luminescence of rare earth ions under resonant light excitation. Journal of Luminescence. 12-13, 723-727 (1976).
  24. Onuma, T., et al. Spectroscopic ellipsometry studies on β-Ga2O3 films and single crystal. Japanese Journal of Applied Physics. 55 (12), (2016).
  25. Favreau, P. F., et al. Excitation-scanning hyperspectral imaging microscope. Journal of Biomedical Optics. 19 (4), 046010 (2014).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

158

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved